[發明專利]一種熱驅動可變形微鏡

有效

• 申請號: 201911243735.6
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN110927960B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 湯躍;徐立新;李建華;王鵬;謝會開
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;無錫微奧科技有限公司
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝

本發明公開了一種熱驅動可變形微鏡，屬于自適應光學系統技術領域。該微鏡由鏡片、電極、支梁和硅結構框架組成，支梁將鏡片懸空支承在硅結構框架的中央，鏡片由上至下分為三層，依次為金屬反射層、二氧化硅層和硅層，支梁與鏡片的硅層為同種材質整體成型，硅結構框架與支梁之間由二氧化硅層絕緣，電極設置在硅結構框架的表面與支梁相連，對電極通電后，支梁和鏡片形成電流回路并發熱，利用金屬和硅的熱膨脹系數不同使得鏡片產生變形。本發明通過通電控制金屬和硅兩種不同材料的加熱溫度，達到鏡面變形的目的。

技術領域

本發明涉及一種可變形的微鏡結構，具體涉及一種利用熱驅動變形的微鏡，屬于自適應光學系統技術領域。

背景技術

微鏡是一種微型化的反射鏡，自德州儀器公司成功制備出商用的數字式微鏡以來，各種類型的微鏡便如雨后春筍般蓬勃發展。微鏡的發展，一方面得益于微機電系統(Micro-Electromechanical Systems，MEMS)技術的進步，包括表面工藝、體硅加工工藝、自組裝工藝等。另一方面，市場需求也在推動著微鏡技術的發展。多數微鏡是以驅動臂帶動鏡片移動的微反射鏡，比如，靜電式微鏡，利用陣列式的梳齒帶動鏡片產生偏轉；壓電式微鏡，利用材料的逆向壓電效應驅動鏡片產生偏轉或位移；電磁式微鏡，利用磁場線圈的電磁效應控制鏡片偏轉；電熱式微鏡利用材料的熱膨脹效應帶動鏡片產生偏轉、抬升。上述微鏡雖然在驅動方式上具有差別，但在本質上都是以驅動臂帶動鏡片發生位移的改變，這在光學掃描系統中應用廣泛，如激光雷達(LiDAR)、光學開關、相干斷層掃描儀、人臉識別系統、便攜式光譜儀等。

但是，在自適應光學系統中，卻需要一種可變形的鏡面，以實現波前校正的目的。自適應光學是基于天文觀測提出的，其目的是為了提高空間光通信的質量，而大氣衰減與湍流將會在很大程度上降低空間光通信質量。如果能夠通過有效手段檢測波前畸變，并實時補償這一畸變以達到校正波前的目的，那么將會提高空間通信的抗干擾能力。因此，研究一種能夠實現波前校正的微變形鏡勢在必行。然而，目前的微變形鏡，存在著驅動電壓高、變形量較小的不足，并且制備工藝較為復雜。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種熱驅動可變形微鏡，通過控制兩種不同材料的加熱溫度，達到鏡面變形的目的。

一種熱驅動可變形微鏡，該微鏡由鏡片、電極、支梁和硅結構框架組成，所述支梁將鏡片懸空支承在硅結構框架的中央，所述鏡片由上至下分為三層，依次為金屬反射層、二氧化硅層和硅層，所述支梁與鏡片的硅層為同種材質整體成型，所述硅結構框架與支梁之間由二氧化硅層絕緣，所述電極設置在硅結構框架的表面與支梁相連，對電極通電后，支梁和鏡片形成電流回路并發熱，利用金屬和硅的熱膨脹系數不同使得鏡片產生變形。

進一步地，所述鏡片為圓形結構，鏡片中硅層的半徑與鋁層的半徑相同。

進一步地，所述支梁的數量為四個，四個支梁沿鏡片的圓周方向均勻布置。

進一步地，所述支梁采用分叉式懸臂梁結構，懸臂梁在平面內呈迂回排列，懸臂梁的分叉端位于硅結構框架上，匯合端位于鏡片上。

進一步地，所述鏡片的表面固定電阻絲，導線布置在支梁的表面并導通電阻絲和電極。

一種熱驅動可變形微鏡的加工方法，其實現的步驟如下：

步驟一：在SOI(Silicon-On-Insulator)基片正面生長一層二氧化硅作為絕緣層，然后濺射一層鋁后利用光刻工藝形成反射鏡面；

步驟二：在SOI基片正面通過光刻工藝圖形化需要形成支梁結構后利用DRIE(DeepReactive Ion Etching)工藝刻蝕成形；

步驟三：在SOI基片背面通過光刻圖形化需要刻蝕的背腔結構后利用DRIE工藝刻蝕背腔至SOI中間二氧化硅層；

步驟四：利用腐蝕液腐蝕暴露出來的二氧化硅層，釋放微鏡，完成制作。